不同种类化学纤维的生产工序

如果本文档对你有帮助，请下载支持，谢谢！ 不同种类化学纤维的生产工序 化学纤维的品种繁多，原料及生产方法各异，其生产过程可概括为以下四个工序。 (1) 原料制备：高分子化合物的合成(聚合)或天然高分子化合物的化学处理和机械加工； (2) 纺前准备：纺丝熔体或纺丝溶液的制备； (3) 纺丝：纤维的成形； (4) 后加工：纤维的后处理。 一、原料制备 1. 成纤高聚物的基本性质 用于化学纤维生产的高分子化合物，称为成纤高聚物或成纤聚合物。成纤高聚物有两大 类：一类为天然高分子化合物，用于生产再生纤维；另一类为合成高分子化合物，用于生产 合成纤维。作为化学纤维生产的原料，成纤高聚物的性质不仅在一定程度上决定了纤维的性 质，而且对纺丝、后加工工艺也有重大影响。 对成纤高聚物一般要求如下： (1) 成纤高聚物大分子必须是线型的、能伸直的分子，支链尽可能少，没有庞大侧基； (2) 高聚物分子之间有适当的相互作用力，或具有一定规律性的化学结构和空间结构； (3) 高聚物应具有适当高的分子量和较窄的分子量分布； (4) 高聚物应具有一定的热稳定性，其熔点或软化点应比允许使用温度高得多。 化学纤维的成形普遍采用高聚物的熔体或浓溶液进行纺丝，前者称为熔体纺丝，后者称 为溶液纺丝。因此，成纤高聚物必须在熔融时不分解，或能在普通的溶剂中溶解而形成浓溶 液，并具有充分的成纤能力和随后使纤维性能强化的能力，保证最终所得纤维具有一定的良 好综合性能。几种主要成纤高聚物的热分解温度和熔点见表 1。 表 1 几种主要成纤高聚物的热分解温度和熔点高聚物 热分解温度（℃） 熔点（℃） 如果本文档对你有帮助，请下载支持，谢谢！ 聚乙烯 350~400 138 等规聚丙烯 350~380 176 聚丙烯腈 200~250 320 聚氯乙烯 150~200 170~220 聚乙烯醇 200~220 225~230 聚几内酰胺 300~350 215 聚对苯二甲酸乙二醇酯 300~350 265 纤维素 180~220 - 醋酸纤维素酯 200~230 - 由表 1 可见：聚乙烯、等规聚丙烯、聚已内酰胺和聚对苯二甲酸乙二酯的熔点低于热分 解温度，可以进行熔体纺丝。聚丙烯腈、聚氯乙烯和聚乙烯醇的熔点与热分解温度接近，甚 至高于热分解温度，而纤维素及其衍生物，则观察不到熔点，像这类成纤高聚物只能采用溶 液纺丝方法成形。 2. 原料制备 再生纤维的原料制备过程，是将天然高分子化合物经一系列的化学处理和机械加工，除 去杂质，并使其具有能满足再生纤维生产的物理和化学性能。例如，粘胶纤维的基本原料是 浆粕(纤维素)，它是将棉短绒或木材等富含纤维素的物质，经备料、蒸煮、精选、精漂、脱 水和烘干等一系列工序制备而成的。 合成纤维的原料制备过程，是将有关单体通过一系列化学反应，聚合而成具有一定官能 团、一定分子量和分子量分布的线型高聚物。由于聚合方法和聚合物的性质不同，合成的高 聚物可能是熔体状态或溶液状态。将高聚物熔体直接送去纺丝，这种方法称为直接纺丝；也 可将聚合得到的高聚物熔体经铸带、切粒等工序制成“切片”，再以切片为原料，加热熔融 如果本文档对你有帮助，请下载支持，谢谢！ 形成熔体进行纺丝，这种方法称为切片纺丝。直接纺丝和切片纺丝在工业生产中都有应用。 对于溶液纺丝也有两种方法，将聚合后的高聚物溶液直接送去纺丝，这种方法称一步法；另一种方法是先将聚合得到的溶液分离制成颗粒状或粉末状的成纤高聚物，然后再溶解制成纺 丝溶液，这种方法称为二步法。 在化学纤维原料制备过程中，可采用共聚、共混、接枝、加添加剂等方法，以生产某些 改性化学纤维。 二、纺丝熔体或溶液的制备 1.纺丝熔体的制备 对于切片纺丝，需要在纺丝前将切片干燥，而后加热至熔点以上、热分解温度以下，将 切片制成纺丝熔体。 (1) 切片干燥：经铸带和切粒后得到的成纤高聚物切片在再熔融之前，必须先进行干 燥。切片干燥的目的是除去水分，提高高聚物的结晶度与软化点。 切片中含有水分会给最终纤维质量带来不利影响，这是因为在切片熔融过程中，高聚物 在高温下易发生热裂解、热氧化裂解和水解等反应，使高聚物分子量显著下降，大大降低所 得纤维的质量。另外，熔体中的水分汽化，会使纺丝断头率增加，严重时甚至使纺丝无法正 常进行。因此，在涤纶和锦纶生产中，必须对切片进行干燥。干燥后切片的含水率，视纤维 品种而异。例如，对于聚酰胺 6 切片，要求于燥后含水率一般低于 0.05%；而聚酯切片，由 于在高温下聚酯中的酯键极易水解，故对干燥后切片含水率要求更严格，一般应低于 0.01%； 对于聚丙烯切片，由于其本身不吸湿，回潮率为零，因而不需于燥。 切片干燥的同时，使高聚物的结晶度和软化点提高，这样的切片在输送过程中不易因碎 裂而产生粉末，同时也避免在螺杆挤出机中过早地软化粘结而产生“环结阻料”现象。 如果本文档对你有帮助，请下载支持，谢谢！ (2) 切片的熔融：切片的熔融是在螺杆挤出机中完成的。切片自料斗进入螺杆，随着 螺杆的转动被强制向前推进，同时螺杆套筒外的加热装置将切片加热熔融，熔体以一定的压 力被挤出而输送至纺丝箱体中进行纺丝。 与切片纺丝相比，直接纺丝法省去了铸带、切粒、切片干燥及再熔融等工序，这样可大 大简化生产流程，减小车间面积，节省投资，且有利于提高劳动生产率和降低成本。但是利 用聚合后的高聚物熔体进行直接纺丝，对于某些聚合过程(如已内酰胺的聚合)留存在熔体中 的一些单体和低聚物难以去除，不仅影响纤维质量，而且还会恶化纺丝条件，使生产线的工 艺控制也比较复杂。因此，对产品质量要求比较高的品种，一般常采用切片纺丝法。切片纺丝法工序较多，但具有较强的灵活性，产品质量也较高。另外，还可使切片进行 固相聚合，进一步提高聚合物的分子量，生产高粘度切片，以制取高强度的纤维。目前对于 生产产品质量要求较高的帘子线或长丝，以及不具备聚合生产能力的企业，大多采用切片纺 丝法。 2.纺丝溶液的制备 目前，在采用溶液纺丝法生产的主要化学纤维品种中，只有腈纶既可采用一步法，又可 采用二步法纺丝，其它品种的成纤高聚物，无法采用一步法生产工艺。虽然采用一步法省去 了高聚物的分离、于燥、溶解等工序，可简化工艺流程，提高劳动生产率，但制得的纤维质 量不稳定。 采用二步法时，需要选择合适的溶剂将成纤高聚物溶解，所得的溶液在送去纺丝之前还 要经过混合、过滤和脱泡等工序，这些工序总称为纺前准备。 (1) 成纤高聚物的溶解：线型高聚物的溶解过程是先溶胀后溶解。即溶剂先向高聚物 内部渗入，高聚物的体积不断增大，大分子之间的距离增加，最后大分子以分离的状态进入 溶剂，而完成溶解过程。 如果本文档对你有帮助，请下载支持，谢谢！ 用于制备纺丝溶液的溶剂必须满足下列要求： (1) 在适宜的温度下有良好的溶解性能，并便所得高聚物溶液在尽可能高的浓度下具 有较低的粘度； (2) 沸点不宜太低，也不宜过高。如沸点太低，溶剂挥发性太强，会增加溶剂损耗并 恶化劳动条件；沸点太高，则不宜进行干法纺丝，且溶剂回收工艺比较复杂； (3) 有足够的热稳定性和化学稳定性，并易于回收； (4) 应尽量无毒和无腐蚀性，并不会引起高聚物分解或发生其它化学变化。 合成纤维生产中常用的纺丝溶剂见表 2。 表 2 合成纤维生产中常用的纺丝溶剂 成纤高聚物 溶剂 聚丙烯腈 二甲基甲酰胺，二甲基乙酰胺，二甲基亚砜，硫氰酸钠水溶液，甲酸或氯化锌水溶液 聚乙烯醇 水 聚氯乙烯 丙酮与二硫化碳、丙酮与苯、环己酮、四氢 呋喃、二甲基甲酰胺、丙酮 对苯二甲酸对苯二胺 浓硫酸、含有氯化锂的二甲基亚砜 在纤维素纤维生产中，由于纤维素不溶于普通溶剂，所以通常是将其转变成衍生物(纤 维紊黄酸酯、纤维素醋酸酯等)之后，再溶解制成纺丝溶液，进行纺丝成形及后加工。 纺丝溶液的浓度根据纤维品种和纺丝方法的不同而异。通常，用于湿法纺丝的纺丝溶液 浓度为 12%~25%；用于干法纺丝的纺丝溶液浓度则高一些，一般在 25%~35%之间。 因溶解过程所需时间较长，目前生产中大多采用间歇式分批操作的溶解机，它是由带有 夹套(可加热或冷却)的圆筒形机身、搅拌器及传动装置等组成。 如果本文档对你有帮助，请下载支持，谢谢！ (2) 纺丝溶液的混合、滤和脱泡 混合的目的是使各批纺丝溶液的性质(主要是浓度和粘度)均匀一致。 过滤的目的是除去杂质和未溶解的高分子物。纺丝溶液的过滤，一般采用板框式压滤机， 过滤材料选用能承受一定压力、并具有一定紧密度的各种织物，一般要连续进行 2~4道过滤。 后一道过滤所用的滤材应比前一道更致密，这样才能发挥应有的效果。 脱泡是为了除去留存在纺丝溶液中的气泡。这些气泡在纺丝过程中会造成断头、毛丝和 气泡丝而降低纤维质量，甚至使纺丝无法正常进行。脱泡过程可在常压或真空状态下进行。 在常压下静置脱泡，因气泡较小，气泡上升速率很慢，脱泡时间很长；而在真空状态下脱泡， 真空度越高，液面上压力越小，气泡会迅速胀大，脱泡速度可大大加快。 三、化学纤维的纺丝成形 将成纤高聚物的熔体或浓溶液，用纺丝泵(或称计量泵)连续、定量而均匀地从喷丝头(或 喷丝板)的毛细孔中挤出，而成为液态细流，再在空气、水或特定的凝固浴中固化成为初生 纤维的过程称作“纤维成形”，或称“纺丝”，这是化学纤维生产过程中的核心工序。调节纺 丝工艺条件，可以改变纤维的结构和物理机械性能。化学纤维的纺丝方法主要有两大类：熔体纺丝法和溶液纺丝法。在溶液纺丝法中，根据 凝固方式的不同，又分为湿法纺丝和干法纺丝。化学纤维生产中绝大部分采用上述三种纺丝 方法。此外，还有一些特殊的纺丝方法，如乳液纺丝、悬浮纺丝、干湿法纺丝、冻胶纺丝、 液晶纺丝、相分离纺丝和反应纺丝法等，用这些方法生产的纤维量很少。下面着重介绍三种 常用的纺丝方法。 1.熔体纺丝 切片在螺杆挤出机中熔融后或由连续聚合制成的熔体，送至纺丝箱体中的各纺丝部位，